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鑰匙技術：倍福基于 PC 的控制技術應用于制造精度為 10 微米的高精度鑰匙生產(chǎn)

世界上有數(shù)以百萬計的人手中都持有 Wilka 生產(chǎn)的鑰匙。不管其生產(chǎn)要求多么嚴苛，生產(chǎn)出來的鑰匙及鎖芯必須都是毫無瑕疵的。鎖和鑰匙產(chǎn)品需要非常高效和高精度的生產(chǎn)技術，而該生產(chǎn)技術甚至可以補償好幾度的溫度波動，這一點讓人非常震驚。Aumat 和 AST 選擇了使用倍福基于 PC 的控制技術開發(fā)相應的系統(tǒng)來滿足這些需求，確保加工精度能夠達到鑰匙行業(yè)所要求的 0.01 毫米，同時以最小的工程工作量輕松實現(xiàn)定制化特種機械。

Wilm Schadach，倍福萊茵/魯爾區(qū)辦事處；Achim Ihlefeld，Aumat Maschinenbau 公司技術總監(jiān)；

Wilka Schlie?technik 公司鑰匙生產(chǎn)主管 Manuel Krümmel 和 電氣維護經(jīng)理 Mark Straka；

以及 AST 公司總經(jīng)理 Wilfried Wengenroth（從左至右）

對于鑰匙行業(yè)及對于專營鑰匙生產(chǎn)的德國費爾貝特的 Wilka Schliestechnik 公司來說，最典型的特點是每天會接到大量定制生產(chǎn)訂單。技術總監(jiān) Olaf Witte 解釋道：“在某種意義上說，我們的批量生產(chǎn)與單件流生產(chǎn)可以完美結(jié)合于一體。一個訂單可能包含 1000 個相同類型的產(chǎn)品，但每個產(chǎn)品又都是不同的 —直到為了某個備用鑰匙的單一訂單。”Wilka 的生產(chǎn)在結(jié)構(gòu)上具有相應的靈活性，擁有多種特種機床，這些機床是由德國佐林根的 Aumat Maschinenbau 公司與烏帕塔爾的系統(tǒng)集成商 AST 公司共同開發(fā)的。

鑰匙坯按照順序加工，先是縱剖面，然后是鑰匙片缺口

根據(jù) Aumat 公司的技術總監(jiān) Achim Ihlefeld 所述，專業(yè)機床的基本要求是在加工鑰匙坯時精度要高：“最大的鑰匙公差在百分之一毫米范圍內(nèi)。若要可靠滿足這一公差，機械工程必須要好上一個數(shù)量級。這需要最短的控制周期時間及精度非常高的伺服軸。這兩者都可以使用倍福的 PC 控制技術很好地實現(xiàn)，因此，即使有很多平行銑削周期，也可以使用相應數(shù)量的伺服軸實現(xiàn)。” AST 公司軟件開發(fā)工程師 Tim Themann 補充道：“精度要求非常高，即使只有幾度的溫度波動對加工結(jié)果也會帶來重要影響。PC 控制系統(tǒng)通過連續(xù)監(jiān)控溫度來控制這一影響。”

通過兩臺獨立的機床實現(xiàn)鑰匙生產(chǎn)線的現(xiàn)代化改造

由兩臺獨立的特種機床構(gòu)成的 Wilka 鑰匙生產(chǎn)線盡顯了 PC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 — 正如 AST 總經(jīng)理 Wilfried Wengenroth 所述：“現(xiàn)有的一臺用來切割鑰匙片的鑰匙切割機已經(jīng)進行過一次翻修，并配備了倍福的控制和驅(qū)動技術。除此之外，還有一臺用于銑鑰匙邊緣的仿形銑床也通過 PC 控制系統(tǒng)控制。所有鑰匙都按照順序加工，先是縱剖面，然后是缺口。最后，所有鑰匙與配套的鎖一起交付。”Achim Ihlefeld 補充說道：“Wilka 使用了兩臺倍福的控制器，它們都有統(tǒng)一的用戶界面，給他們帶來了很多好處；必要時，即使一臺機床停止運行了，公司也可以不中斷地繼續(xù)運行第二臺機床。”

切割機有 9 根伺服軸，而仿形銑床有 23 根伺服軸，它們都通過 AX5000 伺服驅(qū)動器和 AM3000 伺服電機控制。這兩臺機器互聯(lián)并通過用 C# 編程的兩個網(wǎng)關進行通訊。它們都在相應機床上的控制柜式工業(yè) PC C6930 上運行，并通過 ADS 和 TwinCAT 自動化軟件通訊。此外，工業(yè) PC 還負責將數(shù)據(jù)傳輸給 Wilka 的中央數(shù)據(jù)服務器上。據(jù) Achim Ihlefeld 介紹，仿形銑床上的每根銑軸也都有它自己的刀具管理系統(tǒng)：“這樣，四根銑軸每根管理 12 個刀具，以便能夠高效地實現(xiàn)多個多樣化的縱銑削操作：從較薄的萬能鑰匙到特定門鎖系統(tǒng)的鎖所使用的較厚的特殊鑰匙。通常來說，若要實現(xiàn)這一目的需要使用數(shù)百個刀具。而我們由于使用了刀具管理系統(tǒng)，可以智能協(xié)調(diào)，因此只需要使用 48 個刀具。”Tim Themann 補充說道：“刀具管理通過 TwinCAT NC I 實施，這樣，不僅能夠選擇合適的刀具，而且還能夠切割出理想的線條。因此，您可以在彼此相鄰的深且平的銑削缺口之間實現(xiàn)細磨邊，并防止加工好的鑰匙不恰當?shù)夭宓芥i芯中。”

集成式 PC 控制系統(tǒng)：工業(yè) 4.0 的理想基礎

“Aumat 的特種機床自 2005 年起就一直采用倍福基于 PC 的控制技術。”Wilfried Wengenroth 說道。“我們從 2004 年開始就一直與 AST 有合作。在這樣的背景下，EtherCAT 也是一個重要的優(yōu)勢，特別是由于它具有自動掃描系統(tǒng)的能力，尤其是在最初調(diào)試期間。此外， EtherCAT 還可以方便快捷地診斷所有總線設備。”Wilka 公司電氣維護經(jīng)理 Mark Straka 補充道：“原本我們使用的控制器品牌種類非常龐雜，我們花了約七年時間才逐步全部采用倍福的控制器。除了高計算能力之外，系統(tǒng)的開放性對我們來說也是至關重要的。無需花費高昂的費用即可集成舊有的控制技術，而且也可以輕松接入更高級別的企業(yè)網(wǎng)絡。后者正變得越來越重要，它可以確保通過標準網(wǎng)絡調(diào)用整個生產(chǎn)基礎設施層：從訂單錄入到生產(chǎn)，一直到維修服務。”

由 Aumat 和 AST 公司共同設計的互聯(lián)鑰匙生產(chǎn)線由一臺鑰匙切割機和一臺仿形銑床構(gòu)成，可以高精度地單件流加工鑰匙坯

這樣，理想的前提條件是實現(xiàn)工業(yè) 4.0 概念。Olaf Witte 認為，在這方面，有一個重點問題不能忽略：“生產(chǎn)越依賴于網(wǎng)絡，發(fā)生故障時的潛在損害可能越嚴重。當系統(tǒng)癱瘓時，高度靈活的單件流生產(chǎn)有什么好處呢？這也就是為什么系統(tǒng)可用性和控制技術服務對我們來說優(yōu)先級更高。使用了倍福的技術后，單件流生產(chǎn)運行得既快又好。”Mark Straka 也證實了這一點：“詢價響應速度對我們來說往往也是非常重要的。畢竟，停產(chǎn)成本可能會非常高，不僅在維修或更換生產(chǎn)部件時是這樣的。同樣關鍵的還有速度，為了實現(xiàn)這樣的高速度，倍福多年來一直堅持技術創(chuàng)新，同時提供各種項目支持。可以說，目前還沒有 PC 控制技術滿足不了的應用需求。另外，與傳統(tǒng)的 PLC 技術相比，結(jié)構(gòu)緊湊的模塊化系統(tǒng)幫助我們節(jié)省了高達 50 % 的控制柜空間以及約 20 % 的硬件成本。而且，通過 EtherCAT 端子模塊或端子盒可以快速、靈活地響應新的需求，如隨后的溫度補償。”

可滿足各種應用需求的自動化技術

在鑰匙生產(chǎn)線中，PC 控制系統(tǒng)負責處理所有自動化任務：機床運行控制、用于設置和自動操作的 HMI、故障信息顯示和數(shù)據(jù)存檔、通過網(wǎng)關進行的數(shù)據(jù)處理以及三軸銑削龍門架的 NC 控制。由 TwinCAT NC I 控制的 5 個三軸工位用于仿形銑床，另外 3 個工位用于鑰匙切割機。鑰匙輸送由 15 個輸送工位實現(xiàn)，鑰匙坯供料則使用了 32 根伺服軸，它們由集成了安全功能的 AX5000 驅(qū)動器驅(qū)動。 

每臺機床都有一臺 C6930 控制柜式工業(yè) PC 進行控制，每臺機床都與一臺適合控制柜安裝的 15 英寸控制面板 CP6902 相連，以便通過使用 TwinCAT PLC HMI 實現(xiàn)可視化編程。Wilfried Wengenroth 認為，它甚至為未來系統(tǒng)擴展提供了足夠的性能：“高計算能力和高速控制任務讓我們能夠解決很具挑戰(zhàn)性的任務，如高精度鉆削控制，或拉床應用中通過采集電機電流實現(xiàn)的刀具破損監(jiān)控。TwinCAT Database Server 也讓我們從 PC 控制技術中獲得更多益處。它可以用來處理龐大的數(shù)據(jù)量，而不會縮短 PLC 周期時間。”基于 EtherCAT 的通用數(shù)據(jù)采集 — 可根據(jù)要求采用集中式或分布式 — 通過使用控制柜中的 EtherCAT 端子模塊或現(xiàn)場的過程中直接通過 EtherCAT 閥島以及 EP1008 或 EP2028 EtherCAT 端子盒可以帶來更多優(yōu)勢。

在加工過程中，通過 EtherCAT 端子盒、EP1008 和 EP2028 在現(xiàn)場直接分布式采集 I/O 數(shù)據(jù)可以大大減少所需的控制柜空間

單電纜技術助力節(jié)省大量開支

自 2014 年起，Aumat 機床就一直依賴倍福在驅(qū)動產(chǎn)品領域采用的單電纜技術（OCT），它將動力和反饋系統(tǒng)整合在一根標準的電機電纜中，顯著降低了硬件及調(diào)試成本，Mark Straka 說道：“單電纜技術在構(gòu)建系統(tǒng)時給我們帶來了巨大優(yōu)勢，特別是因為它可以大大降低人力成本以及出錯率。另外，電纜的用量減少了一半，電纜布線更加緊湊、更具可擴展性，這本身就節(jié)約了將近 30 % 的成本。”Wilfried Wengenroth 還看到了另外兩個優(yōu)點：“由于單電纜技術中的數(shù)據(jù)傳輸非常穩(wěn)定，因此電磁兼容性不再是個問題。另一個優(yōu)點是單電纜技術的參數(shù)設置方便快捷。由于工作時間及原材料的節(jié)省非常可觀，大大降低了程序員的工程要求。